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烏干達(dá)縮短大壩的檢查工期

[英國(guó)]K.威斯特

歐文瀑布大壩為混凝土重力壩，建成于1954年，壩址位于尼羅河河源烏干達(dá)境內(nèi)，裝機(jī)容量為180MW。由于流致振動(dòng)以及水輪機(jī)持續(xù)不斷地振動(dòng)，日積月累，致使水輪機(jī)殼體內(nèi)壁出現(xiàn)了明顯的裂縫，業(yè)主急需了解，裂縫范圍是否已經(jīng)擴(kuò)大以及是否會(huì)影響水輪機(jī)的運(yùn)行?；诩?xì)致的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和施工日程安排，施工單位利用潛水艙及聲吶掃描技術(shù)，對(duì)所有水下工程部件進(jìn)行檢查，同時(shí)盡可能減少對(duì)發(fā)電生產(chǎn)的影響，成功將原計(jì)劃約3個(gè)月的檢查工期縮短至3個(gè)星期。

混凝土重力壩；壩安全；安全檢查；檢查工期；歐文瀑布大壩(納錄巴奧大壩)

1 概 述

歐文瀑布大壩(OwenFallsDam)現(xiàn)名為納錄巴奧大壩(NalubaaleDam)于1954年建成，設(shè)計(jì)方為英國(guó)亞歷山大紀(jì)伯(Gibb)爵士咨詢公司。大壩位于尼羅河源頭、金賈(Jinja)市附近，至今仍是烏干達(dá)國(guó)內(nèi)重要的水力發(fā)電站。電站原有裝機(jī)容量為150萬(wàn)kW，1988年實(shí)施升級(jí)改造之后，使其日出力提高至180MW。

由于水流經(jīng)常發(fā)生變化,且水輪機(jī)持續(xù)不斷地振動(dòng)，致使水輪機(jī)殼體內(nèi)壁出現(xiàn)了明顯的裂縫。20世紀(jì)80年代末期至90年代初期，對(duì)該現(xiàn)象的起因展開了調(diào)查研究，并對(duì)其進(jìn)行了加固處理，以提高其穩(wěn)定性。

然而，在此次調(diào)查及處理過程中，并未對(duì)大壩上游面進(jìn)行詳細(xì)檢查。大壩運(yùn)營(yíng)商—南非國(guó)家電力公司艾斯康(Eskom)急需了解，裂縫是否已擴(kuò)大至水輪機(jī)殼體的背面。

艾斯康公司為檢查工作制定了詳細(xì)的方案，并邀請(qǐng)賽亞德(Xeiad)參與投標(biāo)。2006年，賽亞德曾經(jīng)成功地修復(fù)過附近一處工程而大受好評(píng)。

對(duì)于這個(gè)項(xiàng)目，傳統(tǒng)的做法是進(jìn)行水下檢查，但比較費(fèi)時(shí)。考慮到工程的范圍，基于早期項(xiàng)目規(guī)劃的估算，工期可能會(huì)超過3個(gè)月。潛水檢查需要從水面進(jìn)行氧氣供應(yīng)，這樣可能會(huì)因?yàn)槭掷m(xù)、設(shè)備和實(shí)際操作等方面而延誤時(shí)間。因此，就可能會(huì)致使工期拖得更長(zhǎng)。

此外，安全要求也十分繁復(fù)，英國(guó)所有潛水作業(yè)都必須遵守《內(nèi)陸近岸核準(zhǔn)實(shí)務(wù)守則》(簡(jiǎn)稱《守則》)。雖然此次檢查工作在烏干達(dá)進(jìn)行，但出于潛水作業(yè)安全的考慮，仍然必須嚴(yán)格遵守《守則》的要求。如果不嚴(yán)格遵守相關(guān)程序，將可能出現(xiàn)死傷事故。

《守則》規(guī)定，一旦潛水員出現(xiàn)減壓病癥狀，必須保證能夠在2h之內(nèi)將其送達(dá)能實(shí)施救治的處所。對(duì)于商業(yè)和體育潛水員而言，減壓病是一種十分常見的致命病癥。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，離大壩最近的減壓設(shè)施在大約2 414km之外的金賈市。因此，公司最后決定從英國(guó)調(diào)運(yùn)全套設(shè)備，通過船運(yùn)發(fā)往肯尼亞港口城市蒙巴薩(Mombasa)，之后經(jīng)由陸路運(yùn)往金賈市靠近壩址的一處集裝箱碼頭。

所有參與作業(yè)的工程師均已接受過商業(yè)潛水技術(shù)培訓(xùn)。除此之外，賽亞德還有許多有意思的"玩具"，可在關(guān)鍵技術(shù)檢查過程中發(fā)揮作用。比如康士伯(Kongsberg)掃描聲吶裝置，它是水下檢查作業(yè)的絕佳助手。公司決定為檢查人員配備該聲吶裝置，以便赴烏干達(dá)開展?jié)撍鳂I(yè)，但其中仍會(huì)存在風(fēng)險(xiǎn)。

康士伯聲吶裝置是世界公認(rèn)的可靠、有效的水下掃描工具，但賽亞德從未在這種條件差、工期長(zhǎng)的項(xiàng)目中使用過。由于造價(jià)昂貴，該設(shè)備只配備了一套，因此在出現(xiàn)系統(tǒng)故障時(shí)將沒有備用儀器可用，而且在尼羅河水中究竟能夠完成到什么程度，也尚未測(cè)試過。聲吶裝置返回的結(jié)果有可能只是勉強(qiáng)合格，甚至完全不可用。

對(duì)于英國(guó)的水域和大壩，賽亞德能夠?qū)β晠妊b置的掃描結(jié)果進(jìn)行測(cè)試，此前的測(cè)試結(jié)果也十分理想。但這次的施工地點(diǎn)是在烏干達(dá)境內(nèi)，聲吶裝置在渾濁溫?zé)岬乃锬芊裼辛己玫谋憩F(xiàn)，還是個(gè)未知數(shù)。因此，是否會(huì)采用聲吶設(shè)備，還需做出最終決定。

公司決定參與投標(biāo)，采用模塊化的施工方法，利用聲吶掃描裝置，可以使工期縮短60%。同時(shí)，針對(duì)聲吶圖像顯示的所有裂縫，仍然實(shí)施潛水作業(yè)加以確認(rèn)。作為備用方案，潛水員的頭盔上配有視頻影像錄制設(shè)備。

2 工期縮短

由于采用的方法獨(dú)特，加之可以大幅縮短工期，從而減少資金投入，因此，賽亞德輕松中標(biāo)，并于2010年年底開始施工作業(yè)。施工所需各項(xiàng)設(shè)備很快到位，減壓室也通過商用船運(yùn)公司從蒙巴薩運(yùn)往金賈市。

在減壓室被運(yùn)往金賈市的同時(shí)，公司迅速派出一支“探險(xiǎn)隊(duì)”，以對(duì)設(shè)備接收、司機(jī)和場(chǎng)地布置等事宜進(jìn)行安排，并與賽亞德的合作伙伴——英特菲斯(Interface)咨詢公司進(jìn)行接洽。此前,英特菲斯咨詢公司曾協(xié)助賽亞德參與投標(biāo)的工作，并負(fù)責(zé)前期與客戶之間的聯(lián)絡(luò)工作。

“安裝”工作在烏干達(dá)國(guó)內(nèi)順利完成之后，檢查團(tuán)隊(duì)的主要人員立即被派往現(xiàn)場(chǎng)。在檢查完潛水設(shè)備、確保其可以安全使用之后，施工隨即開始。

賽亞德對(duì)掃描聲吶裝置進(jìn)行了調(diào)整，以保證最高的分辨率和準(zhǔn)確度。對(duì)掃描獲取的圖像在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處理，根據(jù)圖像所顯示的結(jié)果，對(duì)可疑的部位進(jìn)行潛水檢查。經(jīng)過嘗試，聲吶圖像被證明足夠可靠，能夠準(zhǔn)確地反映水下各種結(jié)構(gòu)的狀況。一旦對(duì)整個(gè)工程的安全狀況有了可靠的了解，就能夠制定有效的計(jì)劃，并對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行潛水檢查。

納錄巴奧大壩水電站是烏干達(dá)國(guó)內(nèi)重要的發(fā)電設(shè)施，其生產(chǎn)的電力供應(yīng)給金賈市、烏干達(dá)大片地區(qū)及鄰國(guó)肯尼亞和坦桑尼亞。如果因?yàn)闄z查施工而無(wú)法完成規(guī)定的最低發(fā)電量，將是不可接受的。

然而，為了避免潛水員被吸入巨大的取水口，不僅需要關(guān)閉正在檢查的取水口，而且其左右2個(gè)取水口同樣需要關(guān)閉。這也意味著，在整個(gè)檢查過程中，至少有3處進(jìn)水口(及相應(yīng)的水輪機(jī))必須停止運(yùn)行。經(jīng)過與大壩運(yùn)營(yíng)人員的反復(fù)溝通之后，基于嚴(yán)格的運(yùn)行與停工系統(tǒng)許可制度，制定了滾動(dòng)的停機(jī)安排計(jì)劃。

檢查工作對(duì)發(fā)電作業(yè)造成的影響，是業(yè)主從一開始就擔(dān)心的問題。而賽亞德制定的細(xì)致的工作計(jì)劃，則可以將這種影響降到最低。

3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

施工開始之前，公司進(jìn)行了詳盡的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，評(píng)估結(jié)果表明,潛水員將面臨著2種主要風(fēng)險(xiǎn)，即鱷魚和壓差(differentialpressure)。自古以來(lái)，尼羅河里的鱷魚就因食人而聞名天下，而專業(yè)潛水員對(duì)壓差造成的危害都十分熟悉。

潛水員在大壩高水壓一側(cè)進(jìn)行作業(yè)時(shí)，如果過于靠近滲漏點(diǎn)，就有可能被吸向大壩內(nèi)側(cè)墻體，且滲漏點(diǎn)位置越深，壓力越大。即使是在相對(duì)較淺的河道，潛水員仍然可能被困住，最終因無(wú)法擺脫而喪命。尤其是如果使用的是便攜式水下呼吸器，因?yàn)閿y帶的空氣十分有限，那么風(fēng)險(xiǎn)會(huì)更為突出。也正因?yàn)槿绱?，在發(fā)達(dá)國(guó)家，大部分商業(yè)潛水作業(yè)公司都已停用這類水下呼吸器。為此，設(shè)計(jì)并制作了潛水艙，以有效避免上述2種危害。

壩區(qū)一帶經(jīng)常有食人鱷出沒。雖然潛水艙可以極大地降低鱷魚襲擊的風(fēng)險(xiǎn)，但呼吸與通訊管道仍有可能引起鱷魚的注意、乃至被破壞。如今尼羅河鱷魚已是受保護(hù)的物種，但在進(jìn)行潛水作業(yè)時(shí)，仍然可以申請(qǐng)?zhí)厥庠S可，一旦呼吸管、通訊管受到鱷魚襲擊，即可開槍射殺鱷魚。所幸的是，自動(dòng)武器在烏干達(dá)并非難得一見，大壩業(yè)主雇用的保安都是荷槍實(shí)彈(已申請(qǐng)相應(yīng)的書面許可)，隨時(shí)準(zhǔn)備采取必要安保措施。在所有的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估項(xiàng)目中，這是唯一一條涉及到自動(dòng)武器的使用。當(dāng)然，希望動(dòng)用武器的機(jī)會(huì)越少越好。

此外，其他一些因素也有可能會(huì)造成潛水施工的中斷。大壩東側(cè)(即排沙壩)被擴(kuò)建成交通橋梁，并被作為橫跨尼羅河的一條重要供給路線。由于使用吊機(jī)將潛水艙置入或吊離水體，因而需要對(duì)潛水作業(yè)進(jìn)行細(xì)致規(guī)劃。

在與大壩運(yùn)行人員、當(dāng)?shù)馗咚俟穲?zhí)法部門以及“有個(gè)性”的當(dāng)?shù)鼐爝M(jìn)行反復(fù)溝通之后，最終達(dá)成了一致，同意在周末實(shí)施交通管制，以便協(xié)助完成潛水作業(yè)。之所以最終能夠達(dá)成協(xié)議，是因?yàn)楣境兄Z為執(zhí)勤的警察提供午餐！

檢查工作只花了短短3個(gè)星期，施工團(tuán)隊(duì)返回英國(guó)之后不久，即向業(yè)主提交了一份完整的檢測(cè)報(bào)告，包含聲吶裝置掃描圖像、視頻錄像、維修建議書等內(nèi)容。納錄巴奧大壩檢查工作在英國(guó)科技媒體界引起了不小的關(guān)注，為此,賽亞德還受到了英國(guó)土木工程師學(xué)會(huì)(InstitutionofCivilEngineers)及英國(guó)大壩協(xié)會(huì)(BritishDamSociety)的邀請(qǐng)，在英國(guó)各地做報(bào)告，介紹該項(xiàng)目的實(shí)施過程。

此次施工由于方法創(chuàng)新、獨(dú)特，施工檢查全面，為業(yè)主帶來(lái)了切實(shí)的效益。同時(shí)也相信，該技術(shù)可以在全球進(jìn)行推廣，為大壩業(yè)主及其運(yùn)營(yíng)人員帶來(lái)效益。

(蔡金棟 張 蘭 編譯)

2015-01-07

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